package 第8周_二分搜索树.二分搜索树;


import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
import java.util.Stack;

public class BST<E extends Comparable<E>> {
    private class Node{
        public E e;
        public Node left, right;

        public Node(E e){
            this.e = e;
            left = null;
            right = null;
        }
    }

    //根节点
    private Node root;
    //存储了多少个元素
    private int size;

    public BST(){
        root = null;
        size = 0;
    }

    public int size(){
        return size;
    }

    public boolean isEmpty(){
        return size == 0;
    }

    /**
     * 向二分搜索树中添加元素 （递归实现）
     * @param e
     */
    public void add(E e){
        root = add(root, e);
    }

    /**
     * 向以Node为根的二分搜索树中插入元素E ，递归算法
     * 返回插入新节点后二分搜索树的根
     * @param node
     * @param e
     */
    private Node add(Node node, E e){

        if (node == null){
            size++;
            return new Node(e);
        }

        if(e.compareTo(node.e) < 0){
            node.left = add(node.left, e);
        }else if(e.compareTo(node.e) > 0){
            node.right = add(node.right, e);
        }

        return node;
    }

    /**
     * 二分搜索树添加元素 （非递归实现）
     * @param e
     */
    public void add2(E e){
        //因为二分搜索树根节点没有父节点，所以要特除处理
        if (root == null){
            root = new Node(e);
            size++;
        }

        //先定义一个p指向待插入节点的上一个节点, 和链表一样
        Node p = root;
        while (p != null){

            //如果待插入的值小于p的值，则在p的左子树插入节点
            if (e.compareTo(p.e) < 0){
                //如果p的左子树为空，则直接插入节点
                if (p.left == null){
                    p.left = new Node(e);
                    size++;
                    return;
                }else {
                    p = p.left;
                }
            }
            //如果待插入的值大于p的值，则在p的右子树插入节点
            else if(e.compareTo(p.e) > 0){
                if (p.right == null){
                    p.right = new Node(e);
                    size++;
                    return;
                }else {
                    p = p .right;
                }
            }
            //如果待插入的值等于当前p节点的值，那就不用插入了，因为我们的二分搜索树是不重复的
            else {
                return;
            }
        }
    }

    /**
     * 看二分搜索树中是否存在元素e （递归实现）
     * @param e
     * @return
     */
    public boolean contains(E e){
        return contains(root, e);
    }

    private boolean contains(Node node, E e){
        if (node == null){
            return false;
        }

        if (e.compareTo(node.e) == 0){
            return true;
        }
        else if (e.compareTo(node.e) < 0){
            return contains(node.left, e);
        }else {
            return contains(node.right, e);
        }
    }

    /**
     * 看二分搜索树中是否存在元素e （非递归实现）
     * @param e
     * @return
     */
    public boolean contains2(E e){
        //设置一个p指向根节点
        Node p = root;

        while (p != null){
            if (e.compareTo(p.e) == 0){
                return true;
            }
            else if (e.compareTo(p.e) < 0){
                p = p.left;
            }else {
                p = p.right;
            }
        }
        return false;
    }

    /**
     * 二分搜索树的前序遍历 (递归实现)
     */
    public void preOrder(){
        preOrder(root);
    }

    /**
     * 前序遍历以node为根的二分搜索树
     * @param node
     */
    private void preOrder(Node node){
        if (node == null){
            return;
        }
        System.out.println(node.e);
        preOrder(node.left);
        preOrder(node.right);

    }

    /**
     * 二分搜索树的前序遍历 （非递归的实现）
     */
    public void preOrderNR(){
        Stack<Node> stack = new Stack<>();
        stack.push(root);
        while (!stack.isEmpty()){
            Node cur = stack.pop();
            System.out.println(cur.e);

            if (cur.right != null){
                stack.push(cur.right);
            }
            if (cur.left != null){
                stack.push(cur.left);
            }
        }
    }


    /**
     * 二分搜索树的中序遍历
     */
    public void inOrder(){
        inOrder(root);
    }

    /**
     * 中序遍历以node为根的二分搜索树，递归算法
     * @param node
     */
    private void inOrder(Node node){
        if (node == null){
            return;
        }

        inOrder(node.left);
        System.out.println(node.e);
        inOrder(node.right);
    }

    /**
     * 二分搜索树的后序遍历
     */
    public void postOrder(){
        postOrder(root);
    }

    /**
     * 后序遍历以node为根的二分搜索树，递归算法
     * @param node
     */
    private void postOrder(Node node){
        if (node == null){
            return;
        }

        postOrder(node.left);
        postOrder(node.right);
        System.out.println(node.e);
    }

    /**
     * e二分搜索树的层序遍历
     */
    public void levelOrder(){
        Queue<Node> queue = new LinkedList<>();
        queue.add(root);
        while (!queue.isEmpty()){
            Node cur = queue.remove();
            System.out.println(cur.e);

            if (cur.left != null){
                queue.add(cur.left);
            }
            if (cur.right != null){
                queue.add(cur.right);
            }
        }
    }

    /**
     * 寻找二分搜索树的最小元素
     * @return
     */
    public E minimum(){
        if (size == 0){
            throw new IllegalArgumentException("BST 为空");
        }
        return minimum(root).e;
    }

    /**
     * 返回以node为根的二分搜索树的最小值所在的节点
     * @param node
     * @return
     */
    private Node minimum(Node node){
        if (node.left == null){
            return node;
        }
        return minimum(node.left);
    }

    /**
     * 二分搜索树寻找最小节点值 （非递归写法）
     * @return
     */
    public E minmum2(){
        if (size == 0){
            throw new IllegalArgumentException("BST 为空");
        }

        Node p = root;
        while (p.left != null){
            p = p.left;
        }
        return p.e;
    }

    /**
     * 寻找二分搜索树中的最大值
     * @return
     */
    public E maximum(){
        if (size == 0){
            throw new IllegalArgumentException("BST 为空");
        }
        return maximum(root).e;
    }

    private Node maximum(Node node){
        if (node.right == null){
            return node;
        }
        return maximum(node.right);
    }

    /**
     * 二分搜索树寻找最大节点值 （非递归写法）
     * @return
     */
    public E maxmum2(){
        if (size == 0){
            throw new IllegalArgumentException("BST 为空");
        }

        Node p = root;
        while (p.right != null){
            p = p.right;
        }
        return p.e;
    }

    /**
     * 从二分搜索树中删除最小值所在节点，并把这个值返回
     * @return
     */
    public E removeMin(){
        E ret = minimum();

        root = removeMin(root);

        return ret;
    }

    /**
     * 删除掉以node为根的二分搜索树中的最小的节点
     * 返回删除节点后新的二分搜索树的根
     * @param node
     * @return
     */
    private Node removeMin(Node node){

        if (node.left == null){
            Node rightNode = node.right;
            node.right = null;
            size--;
            return rightNode;
        }

        node.left = removeMin(node.left);
        return node;
    }


    /**
     * 从二分搜索树中删除最大值所在节点，并把这个值返回
     * @return
     */
    public E removeMax(){
        E ret = maximum();

        root = removeMax(root);

        return ret;
    }

    /**
     * 删除掉以node为根的二分搜索树中的最小的节点
     * 返回删除节点后新的二分搜索树的根
     * @param node
     * @return
     */
    private Node removeMax(Node node){

        if (node.right == null){
            Node leftNode = node.left;
            node.left = null;
            size--;
            return leftNode;
        }

        node.right = removeMax(node.right);
        return node;
    }

    /**
     * 从二分搜索树中删除元素为e的节点
     * @param e
     */
    public void remove(E e){
        root = remove(root, e);
    }

    /**
     * 删除掉以node为根的二分搜索树中值为e的节点，递归算法
     * 返回删除节点后新的二分搜索树的根
     * @param node
     * @param e
     * @return
     */
    private Node remove(Node node, E e){
        if (node == null){
            return null;
        }
        if (e.compareTo(node.e) < 0){
            node.left = remove(node.left, e);
            return node;
        }
        else if (e.compareTo(node.e) > 0){
            node.right = remove(node.right, e);
            return node;
        }
        else {
            //待删除的节点左子树为空的情况
            if (node.left == null){
                Node rightNode = node.right;
                node.right = null;
                size--;
                return rightNode;
            }
            //待删除的节点为右子树的情况
            if (node.right == null){
                Node leftNode = node.left;
                node.left = null;
                size--;
                return leftNode;
            }

            //待删除的节点左右子树皆不为空
            //找到比待删除节点大的最小节点，即待删除节点右子树的最小节点
            //用这个节点顶替待删除节点的位置
            Node successor = minimum(node.right);
            successor.right = removeMin(node.right);
            successor.left = node.left;
            node.left = node.right = null;
            return successor;
        }

    }



    @Override
    public String toString(){
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        generateBSTString(root, 0, res);
        return res.toString();

    }

    /**
     * 生成与node为根节点，深度为depth的描述二叉树的字符串
     * @param node
     * @param depth
     * @param res
     */
    private void generateBSTString(Node node, int depth, StringBuilder res){
        if (node == null){
            res.append(generateDepthString(depth) + "null\n");
            return;
        }

        res.append(generateDepthString(depth) + node.e + "\n");
        generateBSTString(node.left, depth + 1, res);
        generateBSTString(node.right, depth + 1, res);
    }

    private String generateDepthString(int depth){
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < depth; i++) {
            res.append("--");
        }
        return res.toString();
    }





}
